При необходимости гашения нежелательной электрической дуги и аварийного разрыва цепи используют разные устройства. В высоковольтных сетях на практике часто прибегают к основанным на газовых смесях моделям. Такой принцип эксплуатирует элегазовый выключатель — приспособление для экстренного выключения.
Устройство и виды элегазовых выключателей
Эти системы предназначены для оперативного контроля состояния высоковольтных линий электропередач. Они очень похожи на масляные, но имеют иную рабочую среду — принцип действия основан на свойствах соединения газов вместо масла. В качестве среды используется SF6 (шестифтористая сера).
Преимущество элегаза — неприхотливость. Если масляным моделям требуется особый уход, периодическая замена масла и очистка, то элегазовые с такой проблемой не сталкиваются. Кроме того, газ долговечен: он не деградирует со временем и почти не вредит механическим элементам выключателя.
Физически SF6 — негорючий бесцветный и лишенный запаха газ. Он гораздо плотнее воздуха, а молекулярная масса в 5 раз превышает воздушную. Газ стоек ко внешним воздействиям и сохраняет характеристики: даже если в нем возникнет дуга и начнется распад, через некоторое время состояние смеси восстановится.
Элегазовые выключателя (далее ЭВ) бывают двух видов:
Колонковые ЭВ применяют в сетях 220 В, это стандартные однофазные выключатели. Они состоят из двух связанных между собой частей:
- дугогасительная;
- контактная часть.
Обе имеют одинаковые размеры и объем.
Баковые ЭВ меньше. В их состав входит один из видов, рассмотренных ниже приводов. Распределение привода идет на несколько фаз, благодаря чему устройство мягко изменяет уровень напряжения. Еще одно достоинство баковых — большая допустимая нагрузка, что достигается наличием встроенного трансформатора.
Привод здесь — одновременно и регулятор: он обеспечивает включение/разрыв потока электричества и поддержания электродуги. Выделяют следующие типы приводов ЭВ:
- пружинно-гидравлические (ППРГ);
- более простые пружинные (ППРМ).
Обычно привод монтируется на низкой опоре или у земли, чтобы обслуживающий персонал мог легко до него добраться и отрегулировать. Деталь состоит из:
- включающего механизма;
- устройства расцепления;
- фиксирующей защелки.
Пружинные надежны и устроены весьма просто, в них используется лишь несложная механика. При вводе в эксплуатацию устанавливается определенное сжатие пружины, а после смещения контрольного рычага происходит ее распрямление с дальнейшим размыканием контактов. Этот тип ЭВ часто служит стендом для презентаций поведения шестифтористой серы под действием электрического поля.
Пружинно-гидравлическое элегазовое оборудование имеет гидравлическое управление. Оно дороже, но эффективнее, поскольку способно самостоятельно менять позицию фиксатора.
Помимо конструкции, различают виды ЭВ по принципу прерывания электрической дуги:
- вращающие;
- воздушные (автокомпрессионные) ЭВ;
- продольного дутья;
- аналогичные предыдущему пункту, с разогревом газа.
Все внутренние компоненты ЭВ размещены в заполненной элегазом емкости. Контроль работы осуществляется дистанционно, с помощью электроники, или механическим способом вручную. Схема расположения всех компонентов типичного ЭВ:
Такие особенности приводят к довольно крупным габаритам приборов. Отметим, что сугубо ручное управление актуально для маломощных образцов, в других случаях прибегают к:
- механическому контролю;
- грузовому управлению;
- пружинному;
- электромагнитному способу;
- пневматическому.
Но практически везде предусмотрен аварийный ручной рычаг.
Электромагнитный привод нуждается во внешнем питании, поэтому такой ЭВ подключают к источнику тока на 220 В и 58 А. Система весьма надежна и успешно эксплуатируется в неблагоприятных условиях. У пневматического, рабочим узлом выступает цилиндр с поршнем. Действие сжатого воздуха обеспечивает высокую скорость срабатывания.
Принцип работы
Элегазовые выключатели выполняют свою функцию путем изолирования фаз газовой прослойкой. Получив сигнал на отключение электрооборудования, контакты размыкаются, образуется находящаяся в среде газа дуга.
Электричество разлагает SF6, но дуга при этом слабеет за счет высокого уровня давления. Если же выключатель отрегулирован на малое давление, в действие вступают нагнетающие компрессоры.
Также используют выравнивающие ток шунты.
Схема функционирования ЭВ:
Как уже указывалось, секрет заключен в рабочей среде — элегазе. Его молекулы легко связывают содержащиеся в SF6 электроны и производят отрицательные ионы. Иногда это свойство называют «электрической прочностью». У воздуха она, например, слабее почти в три раза. Кроме того, SF6 способен эффективно охлаждать.
Благодаря этому системы на его основе получили распространение в электротехники, например:
- в силовом трансформаторном оборудовании;
- распределительных устройствах;
- выключателях высокого напряжения;
- на соединяющих удаленные системы высоковольтных линиях электропередач.
В баковых образцах управление выполняется трансформаторами и входящими в схему приводами.
На рисунке:
- 1 — модули из фарфора или полимеров.
- 2 — трансформаторы.
- 3 — бак с прибором гашения.
- 4 — газонаполненная камера.
- 5 — расположенный внизу привод (в данном случае гидравлический).
- 6 — рама из металла.
- 7 — клапан для добавления элегаза.
Пример
Рассмотрим механизм срабатывания: в качестве примера используем выключатель элегазовый LW36 китайского производства. Когда происходит отключение:
- встроенная пружина начинает действовать на подвижные элементы;
- последние опускаются;
- происходит размыкание контактов, за исключением дугогасящих;
- после размыкания дугогасительных создается дуга;
- нагретый газ переходит в тепловую камеру;
- далее отрабатывает обратный клапан;
- элегаз выходит из камеры в промежуток, электродуга гасится.
При гашении сравнительно слабого тока исходного давления рабочей камеры бывает мало, поэтому привлекается дополнительное из компрессионной емкости.
Преимущества и минусы элегазовых выключателей
Приборы обладают несомненными плюсами:
- универсальность. Их можно ставить в сетях с практически любым напряжением;
- неприхотливость — ЭВ работают даже в пожароопасных местах и сейсмоопасных зонах;
- скорость срабатывания. Элегаз реагирует на возникновение дуги за доли секунды, благодаря чему происходит почти моментальное обесточивание защищаемых устройств;
- долговечность. Газ не изнашивает соприкасающиеся с ним элементы, газовая смесь не деградирует и не нуждается в регулярной замене, а внешняя оболочка ЭВ прочна и хорошо защищает от неблагоприятных воздействий;
- работают и с переменным, и с постоянным высоким напряжением. Это выгодно отличает их от не способных функционировать в высоковольтных сетях вакуумных;
- взрыво- и пожаробезопасность;
- замкнутая рабочая среда — при срабатывании не происходит выхлопа вовне.
Но есть и обусловленные конструкцией недостатки:
- высокая стоимость. Элегазовый выключатель просто устроен, но сложен в производстве, синтез газовой смеси также довольно трудоемок и затратен;
- нельзя поставить в произвольном месте. Выключатели монтируются только на особый электрический щит или специально подготовленных фундамент;
- требовательность к температурным условиям — при низких температурах ЭВ неэффективны (но элегаз можно подогревать);
- для обслуживания требуются специфические навыки и оборудование;
- система с электромагнитным приводом нуждается в емком аккумуляторе.
Основной недостаток смеси — наблюдающийся при определенных условиях ее переход в жидкую фазу. Это происходит при некоторых соотношениях температуры и давления.
Например, в холодных условиях (минус 40 градусов Цельсия) требуется давление не выше 0.4 МПа с плотностью газа ниже 0.03 килограмма на кубический сантиметр — что не обеспечивает должных характеристик.
Поэтому на практике во избежание перехода в состояние жидкости элегаз подогревают.
Правила обслуживания элегазового выключателя
Обслуживание элегазовых выключателей регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) 1.8.21.
При подключении системы следует проверить присутствие в баке минимального давления — без этого прибор сломается. Во избежание предупреждений конструкцией предусмотрена сигнализация, предупреждающая о критическом значении давления. Имеется также манометр для визуального контроля.
Шкаф привода содержит не позволяющие возникнуть конденсату на ответственных механизмах нагревательные элементы. Оператор ЭВ обязан следить за постоянной работой нагревателей и не допускать их выключения.
При осмотре ЭВ следует:
- проконтролировать состояние внешней защиты;
- убрать загрязнения при их наличии;
- устранить повреждения;
- выяснить и устранить причину нагрева контактов при наличии такового;
- если обнаружены посторонние шумы и треск — выявить их источник;
- проверить целостность металлической опорной рамы, поскольку она одновременно и часть контура заземления;
- снять показания манометра и сверить их с указанными производителем паспортными данными;
- проверить, исправны ли приборы управления и контроля, отремонтировать или заменить вышедшее из строя
При падении давления газа его запасы в камере пополняется.
Заключение
Элегазовые выключатели — довольно простые и эффективные приспособления, быстро и надежно размыкающие электрическую цепь. Благодаря характеристикам шестифтористой серы они эффективнее воздушных или масляных и нашли применение в энергосистемах высокого и сверхвысокого напряжения.
Кроме того, газ не стареет со временем и не требует постоянного обслуживания — только пополнения при утечках, что в условиях должной эксплуатации случается редко.
Современные модели обладают очень большими межревизионными сроками — вплоть до «пожизненной» гарантии на весь период службы, они взрыво- и пожаробезопасны.
Несмотря на обусловленную сложностью производства и высокими требованиями к качеству газовой смеси стоимость, набор эксплуатационных характеристик позволил ЭВ почти полностью вытеснить с рынка другие типы выключающих систем высокого и сверхвысокого напряжения.
А постоянно ведущиеся в этом направлении разработки приводят к выпуску еще более надежных и компактных моделей: например, за рубежом уже массово переходят на небольшие комплектные электрораспределители с элегазовой изоляцией (КРУЭ) и ЭВ для открытых распределяющих комплексов с напряжением от 110 кВ.
Видео по теме
Элегазовые выключатели: принцип работы и характеристики
Для гашения электрической дуги часто используются различные газовые смеси. Элегазовые выключатели 110 кВ и 220 кВ работают именно по такому принципу и могут использоваться для работы в аварийных ситуациях.
Конструкция и виды
Элегазовые высоковольтные выключатели – это устройства оперативного управления для контроля высоковольтной линии энергоснабжения. Данные устройства имеют очень похожую конструкцию с масляными, но при этом, используют для гашения дуги не масляную смесь, а соединение газов.
Зачастую это сера. Масляные выключатели требуют за собой особого ухода: по нормам необходимы периодическая замену масла и очистка рабочих контактов. Элегазовые в этом не нуждаются.
Главное достоинство элегаза в его долговечности: он не стареет и минимально загрязняет механические части устройства.
Фото — высоковольтное оборудование
Они бывают:
- Колонковые (HPL 245B1, MF 24 Schneider Electric);
- Баковые (242PMR, DT2-550 F3 – производитель Areva).
Колонковый элегазовый выключатель представляет стандартное отключающее устройство, работающее только на одну фазу (например, LF 10 от Шнайдер Электрик). Он используется для сети 220 кВ.
Конструктивно состоят из двух систем: контактной и дугогасительной. Обе они располагаются в емкости, наполненной элегазом. Могут быть как ручными (контроль производится исключительно механически) или дистанционными.
Из-за такого разделения они имеют довольно большие габаритные размеры.
Фото — чертеж конструкции
Баковые имеют меньшие габариты, их дополняет привод ППРМ 2 для элегазового выключателя. Привод распределяется на несколько фаз, что позволяет обеспечить мягкое регулирование напряжения (включение и выключение). Также их достоинство в том, что они могут переносить большие нагрузки благодаря встроенному в систему трансформатору тока.
Помимо конструктивных особенностей, выключатели элегазового типа классифицируются по принципу гашения дуги:
- Автокомпрессионные или воздушные;
- Вращающие;
- Продольного дутья;
- Продольного дутья с дополнительным разогревом элегаза.
Принцип работы и назначение
Элегазовые выключатели высокого напряжения работают за счет изоляции фаз друг от друга посредством элегаза. Когда срабатывает сигнал о том, что нужно отключить электрооборудование, контакты отдельных камер (если устройство колонковое) размыкаются. Таким образом, встроенные контакты образуют дугу, которая помещена в газовую среду.
Она разлагает газ на отдельные компоненты, но при этом и сама снижается из-за высокого давления в емкости. Если система установлена на низком давлении, то используются дополнительные компрессоры для нагнетания давления и создания газового дутья. Для выравнивания тока дополнительно используется шунтирование.
Визуально схема работы выглядит так:
Фото — схема работы
Отдельно нужно сказать про модели бакового типа. Их контроль выполняется приводами и трансформаторами. Приводной механизм для этой установки является регулятором: он необходим для включения, выключения электрической энергии и удержания дуги (при надобности) на определенном уровне. Приводы бывают:
- Пружинные;
- Пружинно-гидравлические.
Пружинный имеет очень простой принцип действия и высокий уровень надежности. В нем вся работа выполняется только за счет механических деталей. Пружина зажимается и фиксируется на определенном уровне, а при изменении положения контрольного рычага она разжимается. На основании его принципа работы часто готовится научная презентация действия шестифтористой серы в электрической среде.
Фото — ВГУ-35
Современные пружинно-гидравлические приводы помимо пружины дополнительно оснащены гидравлической системой управления. Они считаются более эффективными, т. к. пружинные механизмы могут сами поменять положение фиксатора.
Достоинства элегазовых выключателей:
- Универсальность. Данные выключатели используются для контроля сетей с любым напряжением;
- Быстрота действия. Реакции элегаза на наличие электрической дуги происходят за доли секунды, это позволяет обеспечить быстрое аварийное отключение подконтрольной системы;
- Подходят для эксплуатации в условиях пожароопасности и вибрации;
- Долговечность. Контакты, соприкасающиеся с элегазом, практически не изнашивают, газовые смеси не нуждаются в замене, а у наружной оболочки высокие показатели защиты;
- Подходят для отключения переменного и постоянного тока высокого напряжения, в то время, как их аналоги – вакуумные модели не могут использоваться на высоковольтных сетях.
Но, такие приборы имеют определенные недостатки:
- Высокая цена, обусловленная сложностью производства и дороговизной элегазовой смеси;
- Монтаж осуществляется только на фундамент или специальный электрощит, причем, для этого нужна специальная инструкция и опыт;
- Выключатели не работают при низких температурах;
- При необходимом обслуживании должно использоваться специальное оборудование.
Фото — промышленный элегазовый выключатель нагрузки
Видео: особенности элегазовых выключателей
Технические характеристики
Рассмотрим технические характеристики выключателей разных производителей и типов работы.
МЕК SF6 элегазовый пружинный выключатель HD4
| Напряжение, кВ | 12 … 40,5 |
| Ток, А | 630 … 3 600 |
| Аварийный ток, кА | 16 … 50 |
Элегазовый выключатель LTB 145D1/B:
| Напряжение, кВ | 145 |
| Ток (номинальный/отключения), А/кА | 3150/40 |
| Время выключения, мс | 25 |
| Бестоковая пауза, мс | 300 |
| Привод | Пружинно-моторного типа |
ВГБУ-220:
| Номинально/наибольшее напряжение, кВ | 220/252 |
| Аварийный ток, кА | 40/50 |
| Рабочий ток, А | 2000 |
ВГБЭП-35 (ВГБ-35, ВГБЭ):
| Отключаемый ток, А | 630 |
| Содержание элегаза, % | 32 |
| Бестоковая пауза, с | 0,3 |
| Давление заполнения элегаза при 20° С, МПаабс (кгс/см2) | 0.55 (5.5) |
| Напряжение постоянного тока и переменного, В | 220/110-220 |
ВГТ-35 (ВМТ-35):
| Ток, А | 630 |
| Климатическое исполнение | УХЛ |
| Напряжение в трехфазной сети переменного тока, В | От 35 до 1000 |
| Частота, Гц | 50 |
ВЭБ-220:
| Номинальный ток, А | 220 |
| Ток отключения, кА | 2500 |
| Напряжение, кВ | 250 |
| Число приводов | 1 |
Колонковый ВГТ-110:
| Ток, А | 3150 |
| Отключение при, кА | 40 |
| Напряжение, кВ | 110 |
| Привод | 1 |
| Время отключения, мс | 62 |
ВГУ-110 (газовый силовой):
| Напряжение, В | 110 |
| Ток, А | 3150 |
| Отключение, кА | 40 |
| Климатическое исполнение | У1 |
| Условия хранения | 25 лет при температуре не менее 20 градусов и влажности не более 60 % |
Колонковый выключатель GL314 Alstom:
| Напряжение, кВ | 220 |
| Максимальное напряжение, кВ | 240 |
| Рабочий ток, А | 4000 |
| Отключение, кА | 50 |
| Износостойкость | М2 |
Генераторные силовые отключающие устройства с пружинным приводом – FKG 2:
| Номинальный ток, А | 9000 |
| Номинальное напряжение, кВ | 24 |
| Отключение, кА | 63 |
| Время выключения, мс | 60 |
| Управление | Пружинный привод, трехполюсное |
Элегазовый компрессионный выключатель фирмы Siemens (Сименс)3AP1FG-245 (для установки нужны фундаменты):
| Рабочее напряжение, кВ | 220 |
| Отключение | В три периода |
| Привод | Пружинного типа |
| Ток, А | 4000 |
| Выключение сети при, кА | 40 |
Купить подходящие элегазовые выключатели можно в любом электротехническом магазине. Их стоимость зависит от типа устройства и его производителя. Прайс-лист в Самаре, Москве, Екатеринбурге и других городах варьируется от 100 долларов до нескольких тысяч.
Применение и эксплуатация элегазовых выключателей
Для того чтобы безопасно отключать электропотребителя или нагрузку от сети переменного тока при высоких напряжениях нужны специальные надёжные устройства одни из них называется выключатель элегазовый. Он разработан специально для того, чтобы разрывать большие токи, и возникшую при этом дугу, для того чтобы она не смогла стать причиной пожара или же разрушения. Более техническими словами это коммутационный аппарат, для оперативного дистанционного управления, который может отключать линию от сети в аварийных случаях, чаще всего короткого замыкания или же перегрузки. Особое отличие, с часто применяемыми на подстанциях выключателями с маслинным наполнением, заключается в том что внутри элегазового выключателя нет масла, а значит, отсутствует вероятности возгорания и взрыва. Для коммутации в сетях низкого напряжения такие выключатели не используются, так как в них достаточно и обычных дугогасящих камер.
Принцип действия
Основная особенность этого выключателя это надёжная изоляция каждой из фаз с высоким напряжением, которое считается от 1000 Вольт, за счёт применения специального диэлектрического вещества элегаза. Что же это такое? Элегаз — это электротехнический газ, представляющий собой смесь химических элементов, а точнее, шестифтористую серу (шестифтор).
При обычной рабочей температуре он представляет собой газ:
- без цвета;
- без запаха;
- не поддающийся горению;
- не меняющий свои свойства и структуру со временем;
- химически не активен, а также не агрессивен к металлу;
- распадающийся при возникновении электрической дуги, и быстро восстанавливающийся при её исчезновении.
Высокая электрическая прочность обусловлена особенностью газа захватывать электроны, поэтому даже небольшие расстояния между силовыми контактами дают отличный разрыв электрической цепи, а значит и отключения данного участка от высокого напряжения.
Принцип работы самого механизма разрыва довольно прост. После поступления сигнала на привод, который работает за счёт пружинно-гидравлического механизма, контактная подвижная часть увеличивает расстояние между замкнутыми ранее элементами, возникает, естественно, электрическая дуга которая в среде такого газа быстро тухнет.
Конструктивные особенности и виды выключателей
Особенности применения выключателей дистанционного управления
По конструктивным особенностям элегазовые выключатели делятся на:
- Колонковые. Они не отличаются от масляных не по размерам ни по внешним признакам, однако, имеют только один разрыв на фазу.
- Баковые. Имеют значительно меньшие размеры, один общий привод на все три полюса, а также встроенные внутрь устройства трансформаторы тока.
Все данные элегазовые выключатели также можно разделить по способу гашения электрической дуги, возникающей при разрыве цепи. Этот способ зависит от следующих факторов:
- Номинального напряжения аппарата;
- Номинального тока отключения;
- Особенностей мест установки и эксплуатации.
Для гашения дуги используются следующие способы гашения дуги:
- Автокомпрессионные с дутьём в элегазе. Имеют одну степень давления, которое создаётся компрессорным механизмом;
- С электромагнитным дутьём. Гашение дуги выполняется вращением её по кольцевым контактам под воздействием поперечного магнитного поля, которое создано самим током отключения;
- Двухступенчатое давление. В них сжатый предварительно газ поступает из специальной ёмкости где он находится под относительно высоким давлением. Имеет две ступени давления;
- Автоматически генерирующимся дутьём. Как и предыдущий вариант имеет продольное дутьё, но теперь повышение давление газа происходит непосредственно за счёт разогрева самой электрической дугой.
Привод данного выключателя должен надёжно удерживать контакты во включенном положении, а также в случае получения сигнала на отключение выполнить его. Вал выключателя и вал самого привода соединяются между собой посредством целой системы рычагов и тяг. Оттого как эта связка работает, зависит надёжность, а также быстрота срабатывания.
Здесь могут применяться два типа приводов:
- Пружинный. Управляется он за счёт кинематической системы кулачков, валов, а также рычагов;
- Пружинно-гидравлический, управляется системой, основанной на работе гидравлического механизма.
Преимущества и недостатки
Особенности применения и устройства концевых выключателей
Среди основных преимуществ выключателей с элегазовым наполнением выделяются:
- Широкий спектр применения на всевозможные напряжения выше 1000 В;
- Сам процесс гашения дуги происходит в замкнутом изолированном пространстве поэтому нет выхлопа в атмосферу;
- Небольшие габариты, соответственно и вес;
- Быстродействие;
- Взрывобезопасен, а также не вызывает не контролируемого горения, то есть пожара;
- Высокая отключающая способность;
- Надёжность отключения небольших индуктивных, а также емкостных переменных токов в момент перехода тока через нулевую отметку без появления перенапряжений и среза;
- Низкий износ контактов, участвующих в дугогашении;
- При работе не производит большого шума;
- Пригоден как для наружной, так и для внутренней электроустановки;
- Можно эксплуатировать в различных климатических условиях даже очень суровых для человека;
- Возможно изготовление серийных устройств с идентичными унифицированными узлами.
Как и любое устройство элегазовые выключатели имеют свои недостатки:
- Требуется очень высокая точность при изготовлении, что влечёт за собой высокую стоимость продукции.
- Нельзя использовать некачественный или низкокачественный газ;
- Нужны дополнительные устройства для перекачки, наполнения, а также очистки элегаза;
- Относительная дороговизна самого элегаза, без которого устройство работает не эффективно.
Особенности обслуживания и эксплуатации
Разделение автоматических выключателей по время токовым характеристикам
В процессе эксплуатации таких коммутационных устройств на ОРУ (открытых распределительных устройствах) нужно учитывать что в шкафах приводов выключателей может скапливаться конденсат, который приводит к коррозии систем механизма, а также вторичных цепей управления и сигнализации. Для этого внутри шкафов заводом изготовителем предусмотрены нагревательные резисторы, работающие постоянно.
Все действия по включению или же отключению аппаратов возможны только, если давление газа не меньше допустимого, если пренебречь этим то появляется высокая вероятность повреждения и выхода со строя относительно дорого выключателя.
Для этих целей должна быть налажена сигнализация минимального давления, а также блокировка управляющих цепей. Если же персонал заметил что давление упало, аппарат нужно вывести в ремонт и приступить к поиску причин снижения этого жизненно важного для него показателя.
Естественно, что вывод его из работы должен выполняться со всеми необходимыми требованиями безопасности, предъявляемыми к данной электроустановке и изложенных в местных инструкциях.
Для контроля давления должен быть обязательно исправный манометр, а после устранения утечки газа стоит дополнить его через специальное присоединение, которое расположено внутри приводного механизма.
Осмотр элегазовых выключателей выполняется ежедневно, а также один раз за две недели в ночное время суток. В сырую влажную погоду нужно обращать внимание на возникновение электрической коронации.
Если величина отключаемого тока была предельно допустимая (при коротких замыканиях), то следует обеспечить качественное техническое обслуживание.
Количество отключений как плановых, так и аварийных фиксируется в специально выделенных для этих нужд журналах.
Несмотря на существующие недостатки, элегазовый выключатель имеет свои сильные стороны поэтому является достойной заменой не только масляных, но и воздушных выключателей высокого напряжения.
Видео о высоковольтном элегзовом выключателе
Элегазовые выключатели 110 кВ › Характеристики, преимущества
За счет чего работает элегазовый выключатель большого напряжения? За счет изолированности фаз между собой посредством элегаза. Принцип работы механизма следующий: при поступлении сигнала об отключении электрического оборудования, контакты каждой камеры размыкаются. Встроенные контакты создают электрическую дугу, которая размещается в газовой среде.
Эта среда разделяет газ на отдельные частицы и компоненты, а из-за высокого давления в резервуаре, сама среда снижается. Возможное применение дополнительных компрессоров, если система работает на низком давлении. Тогда компрессоры усиливают давление и образовывают газовое дутье. Также используется шунтирование, применение которого необходимо для выравнивания тока.
Обозначение на схеме ниже указывает расположения каждого элемента в механизме выключателя:
Что касается моделей бакового вида, так в них контроль осуществляется с помощью приводов и трансформаторов. Для чего нужен привод? Его механизм является регулятором и его назначение заключается в том, чтобы включать или выключать электроэнергию и, если необходимо, удерживать дугу на установленном уровне.
Приводы делятся на пружинные и пружинно-гидравлические. Пружинные обладают большой степенью надежности и имеют простой принцип работы: вся работа делается благодаря механическим деталям. Пружина способна под действием специального рычага сжимать и разжиматься, а также фиксироваться на установленном уровне.
Пружинно-гидравлические приводы выключателей дополнительно имеют в конструкции гидравлическую систему управления. Такой привод считается более эффективным и надежным, ведь пружинное устройство может само изменить уровень фиксатора.
Из чего состоит оборудование и какие бывают конструкции?
Элегазовый высоковольтный выключатель – это устройство, назначение которого управлять и осуществлять контроль над высоковольтной линией энергоснабжения.
Конструкция такого оборудования напоминает механизм масляного устройства, только для гашения применяется соединение газов вместо масляной смеси. Как правило, используется сера.
В отличие от масляного прибора, элегазовый не требует особого ухода. Его главным достоинством считается долговечность.
Элегазовые выключатели делятся на:
- Колонковый. Применение такого строения оптимальное только для сети 220 кВ. Это отключающее устройство работает на одну фазу. В конструкцию входит две системы, которые размещаются в емкости с элегазом. Это контактная и дугогасительная система. Также они могут быть как ручными, так и дистанционными. Это считается основной причиной их больших размеров.
- Баковый. По габаритам меньше, чем колонковые. В конструкции имеется дополнительный привод, который имеет несколько фаз. Благодаря этому можно плавно и мягко регулировать включение и выключение напряжения. А из-за того, что в систему встроен трансформатор тока, механизм способен переносить большие нагрузки.
По методу гашения электрической дуги элегазовые силовые выключатели делятся на:
- воздушный, его еще называют автокомпрессионный;
- вращающий;
- продольного дутья.
Преимущества и минусы элегазовых выключателей
Приборы обладают несомненными плюсами:
- универсальность. Их можно ставить в сетях с практически любым напряжением;
- неприхотливость — ЭВ работают даже в пожароопасных местах и сейсмоопасных зонах;
- скорость срабатывания. Элегаз реагирует на возникновение дуги за доли секунды, благодаря чему происходит почти моментальное обесточивание защищаемых устройств;
- долговечность. Газ не изнашивает соприкасающиеся с ним элементы, газовая смесь не деградирует и не нуждается в регулярной замене, а внешняя оболочка ЭВ прочна и хорошо защищает от неблагоприятных воздействий;
- работают и с переменным, и с постоянным высоким напряжением. Это выгодно отличает их от не способных функционировать в высоковольтных сетях вакуумных;
- взрыво- и пожаробезопасность;
- замкнутая рабочая среда — при срабатывании не происходит выхлопа вовне.
Но есть и обусловленные конструкцией недостатки:
- высокая стоимость. Элегазовый выключатель просто устроен, но сложен в производстве, синтез газовой смеси также довольно трудоемок и затратен;
- нельзя поставить в произвольном месте. Выключатели монтируются только на особый электрический щит или специально подготовленных фундамент;
- требовательность к температурным условиям — при низких температурах ЭВ неэффективны (но элегаз можно подогревать);
- для обслуживания требуются специфические навыки и оборудование;
- система с электромагнитным приводом нуждается в емком аккумуляторе.
Основной недостаток смеси — наблюдающийся при определенных условиях ее переход в жидкую фазу. Это происходит при некоторых соотношениях температуры и давления.
Например, в холодных условиях (минус 40 градусов Цельсия) требуется давление не выше 0.4 МПа с плотностью газа ниже 0.03 килограмма на кубический сантиметр — что не обеспечивает должных характеристик.
Поэтому на практике во избежание перехода в состояние жидкости элегаз подогревают.
Преимущества и недостатки использования ЭВ
Элегазовые выключатели, как и другие типы электрораспределительных устройств, имеют ряд преимуществ и недостатков. При выборе установки производят необходимые расчеты и, кроме технических характеристик и конструкционных особенностей, учитывают плюсы и минусы моделей.
Галерея изображений
Фото из
Кабель ПВС: характеристики, расшифровка и область применения
- Универсальное применение в высоковольтных системах
- Оперативность выполнения рабочих функций
- Надежность и долговечность конструкции
- Работают с током высокого напряжения
- Выключатели элегазового типа функционируют в сложных условиях с периодическими вибрациями, низкими температурами (с подогревом), в пожароопасных зонах.
- К недостаткам относят высокую стоимость наполнителя – элегаза, специфику монтажа на щит или фундамент, необходимость определенной квалификации операторского состава.
Свойства элегаза
Элегаз (электротехнический газ) представляет собой шестифтористую серу SF6 . При рабочих давлениях и обычной температуре элегаз — бесцветный, без запаха, не горюч, в 5 раз тяжелее воздуха. Элегаз не стареет, т.
е, не меняет своих свойств с течением времени, при электрическом разряде распадается, но быстро рекомбинирует, восстанавливая первоначальную диэлектрическую прочность. При температурах до 1000 К элегаз инертен и нагревостоек, до температур Порядка 500 К химически не активен и не агрессивен по отношению к металлам, литьевой смоле и резинам.
Элегаз является «электроотрицательным» газом. Его молекулы в электрическом поле обладают способностью захватывать электроны, образуя малоподвижные, тяжелые отрицательные ионы. Благодаря этому элегаз обладает высокой электрической прочностью. При давлении 0,23 МПа разрядное напряжение в элегазе равно разрядному напряжению трансформаторного масла.
В элегазе при атмосферном давлении может быть погашена дуга с током, в несколько раз превышающим ток, отключаемый в воздухе при том же давлении молекулы элегаза улавливают электроны дугового столба; потеря электронов делает дугу неустойчивой, и она легко гаснет. В струе элегаза, т.е, при газовом дутье, электроны из дугового столба поглощаются еще более интенсивно.
Эксплуатационная способность элегаза улучшается в равномерном поле, поэтому конструкция отдельных элементов выключателя должна обеспечивать наибольшую равномерность и однородность электрического поля. В неоднородном поле появляются местные перенапряженности электрического поля, которые вызывают коронирующие разряды.
Под действием этих разрядов элегаз разлагается, образуя низшие фториды, действующие неблагоприятно на конструкционные материалы, используемые в дугогасящем устройстве. Во избежание разрядов поверхности металлических экранов, выравнивающих поле, должны быть чистыми, гладкими, без заусенцев.
Грязь, пыль, металлические частицы на поверхности экранов создают локальную неоднородность поля, ухудшающую электрическую прочность элегазовой изоляции.
Высокая диэлектрическая прочность элегаза обеспечивает высокую степень изоляции при минимальных размерах и расстояниях, а надежное гашение дуги и охлаждаемость элегаза увеличивают отключающую способность выключателей и уменьшают нагрев токоведущих частей. Применение элегаза позволяет при прочих равных условиях увеличить токовую нагрузку на 25 %. Недостатком элегаза является переход его в жидкое состояние при сравнительно высоких температурах (-40°С), что определяет дополнительные требования к температурному режиму элегазового оборудования в эксплуатации, например, бак элегазового выключателя нагревают до +12С.
Элегазовый выключатель с гашением дуги вращением
Элегазовые выключатели среднего класса напряжения имеют больше разновидностей, чем вакуумные. Выше мы рассмотрели наиболее распространенный элегазовый компрессионный выключатель.
Сейчас рассмотрим принцип действия более нового элегазового выключателя, принцип действия которого радикально отличается от описанного выше выключателя. На рис. 9. представлен элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.
При включенном состоянии ток течёт по главному токопроводу, который состоит из верхнего и нижнего токового ввода (1и 14) и из неподвижного дугогасящего контакта и подвижного контакта главного токопровода и дугогасящего контакта (7,10 и 11).
После команды отключения привод приводит в действие вал (13), который вращаясь через систему уплотнения, передает механически момент рычагу (12).
1 – верхний токовый ввод. абсорбирующий материал.
корпус из изолирующего материала точки крепления катушка главный токовый ввод неподвижный дугогасящий контакт верхнее кольцо дуги нижнее кольцо дуги подвижный контакт главного токопровода подвижный дугогасящий контакт рычаг из изолирующего материала вал с герметизируюииш уплотнением нижний токовый ввод Рис. 9. Элегазовый выключатель с гашением дуги вращением.
Замкнутый выключатель Разомкнутый главный контакт Период дугогашения Разомкнутый выключатель Рис. 10. Принцип работы элегазового выключателя с гашением дуги вращением. Рычаг тянет за собой вниз подвижный контакт главного токопровода, на котором закреплен подвижный дугогасящий контакт. После разрыва главного токопровода дуга начинает гореть между неподвижным и подвижным дугогасящими контактами и переходит между верхним и нижним кольцами дуги. При этом отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод, протекая через катушку (5) верхнего и нижнего колец дуги . После перераспределения тока от главного токопровода на дугогасительный, под воздействием магнитного поля катушки, дуга начинает вращаться на поверхности колец, выдуваясь и охлаждаясь элегазом. После гашения тока при переходе через нуль дуга полностью гаснет и элегаз восстанавливает изоляционную прочность между верхним и нижним кольцами. Описанный процесс изображен на рис. 10. Гибридной конструкцией вышеописанных, автокомпрессионного и с гашением дуги вращением, элегазовых выключателей является, так называемый, автокомпрессионный элегазовый выключатель с гашением дуги вращением, принцип действия которого приводится на рис 11.
Рис. 11. Принцип работы автокомпрессионного элегазового выключателя с гашением дуги вращением. Из рисунка видно, что при включенном состоянии ток течет через главный токопровод. После команды отключения, в начальный момент, происходит разрыв главного токопровода.
При этом неподвижный и подвижный дугогасящие контакты остаются замкнутыми и отключаемый ток перераспределяется от главного токопровода на дугогасительный токопровод протекая через катушку неподвижного дугогасящего контакта, подвижный дугогасящий контакт и через гибкую шину.
После расхождения неподвижного и подвижного дугогасящих контактов, между ними загорается дуга, которая под воздействием магнитного поля катушки вращается по поверхности неподвижного и подвижного дугогасящих контактов, выдувается и охлаждается элегазом через подвижный дугогасительный контакт под воздействием избыточного давления дугогасительной камеры. При полном расхождении контактов дуга полностью гаснет и элегаз восстанавливает изоляционную прочность между контактами.
Преимущества применения элегазовых выключателей
- По сравнению с масляными и вакуумными аналогами, элегазовые выключатели имеют ряд достоинств:
- • Компактные габариты
- • Пожарная безопасность
- • Хороший энергоресурс – запас прочности на большое количество циклов отключений и включений
- • Длительность эксплуатации
- • Возможность использования для коммутации сетей с любым напряжением, в том числе высоким, а также возможность быстрого аварийного отключения
- • Простота исполнения.
- Повышенная надежность и безопасность эксплуатации элегазовых выключателей, обеспечивает постепенное вытеснение этими моделями масляных аппаратов с перспективой полной их замены в основных высоковольтных сетях.
Преимущества
Список преимуществ элегазовых подстанций огромен. Это объясняет популярность представленных трансформаторных устройств. К преимуществам относится следующее:
- Техническое обслуживание в процессе эксплуатации установки практически не требуется. Это преимущество техники объясняется заполнением корпуса элегазом.
- Высокая пожаро- и взрывобезопасность обеспечиваются применением при создании изоляционной среды, хладагента гексафторида серы. На предприятии не требуется устанавливать оборудование для тушения пожара, дополнительную масляную емкость.
- Технические особенности позволяют эксплуатировать установку не менее 35 лет.
- Внутреннее давление относительно невелико. Принцип заполнения короба дополнительно обеспечивает взрывобезопасность систем.
- Для различных областей эксплуатации применяется оборудование от 35 до 2000 А.
- Уделять большое внимание обслуживанию трансформатора не потребуется. Это сокращает расходы предприятия.
- Технический контроль качества производится производителем на всех этапах производства.
- Трансформаторные устройства представленной категории характеризуются компактными габаритами.
- В ходе технического оснащения подстанции возможно коммутировать подобные установки с оборудованием других разновидностей. Это позволит рационально использовать свободное пространство помещения.
- Работа установки характеризуется низким уровнем шума.
- Не требуется расширительный бак. Это позволяет уменьшить высоту конструкции. Появляется больше возможностей для установки агрегата в различных помещениях.
При нынешнем техническом развитии энергетической отрасли ведутся новые разработки, позволяющие усовершенствовать конструкцию элегазового оборудования. Специалисты утверждают, что подобная аппаратура со временем вытеснит масляные разновидности силовых трансформаторов.
Виды приводов элегазовых выключателей
Разрыв электрических контактов в герметичной камере ЭВ, заполненной элегазом, происходит за счет перемещения подвижной части дугогасящего устройства через изоляционную тягу, приводимую в действие специальным приводом. Привод представляет собой сложный силовой механизм, посредством которого приводится в действие контактная группа.
- Различают три основных вида приводных устройств:
- 1. Пневматический
- 2. Гидравлический
3. Пружинный.
Устройства приводов для элегазовых выключателей подвергаются серьезным силовым нагрузкам, особенно в конструкциях для сверхмощных напряжений, в которых вес подвижной части превышает 100 кг, а движение контакта происходит до 25см, со скоростью 8 м/с, при нагрузке 80 кН.
Качественной работе привода уделяется особое внимание, так как большинство аварий, произошедших с ЭВ, связаны именно с механической частью устройств
Определение временных характеристик
- РТ — элктрический секундомер; QK — короткозамыкатель; QR — отделитель.
- Измерение значения времени включения короткозамыкателей и времени отключения отделителей должна соответствовать данным завода-изготовителя, а при их отсутствии данным.
- 4) Правила безопасной эксплуатации электроустановок потребителей
Загрузка...
